湿度计量技术的发展

0　引言

随着技术的进步，湿度测量已经遍及工农业、国防和科技领域，各类湿度测量仪器广泛使用于石化、微电子、通信、气象、电力、环境监测、制药、建筑、空调、军工航天、烟草、汽车等行业，不仅使用数量越来越多，而且用户对其环境适应性、测量范围、响应速度、测量精度等方面要求也越来越高。社会的需求极大地促进了湿度测量技术的发展，各种新技术、新原理不断涌现，仪器的技术性能不断提高，对湿度量值溯源提出了更高的要求，从而推动了世界湿度计量技术的快速发展。

1　概述

真正意义上的湿度测量技术是 20 世纪初才出现的，早期主要用于气象测量，后来逐渐扩展到工农业、国防和科学技术各领域，随着技术的发展越显其重要性。在许多技术工艺和科学研究过程中，湿度是一个极为重要的技术参数，它不仅关系到工农业和国防产品的质量，而且对安全生产、节能减排和环境与社会协调发展都具有十分重要的意义。湿度测量技术是伴随着社会生产实践的迫切需求而在近几十年内快速发展起来的，它在理论性和系统性上远远不如温度、压力等其他物理量那么完善。湿度既是一个物理量又是一个化学量。尽管 1963 年第一届国际湿度会议对湿度和水分的定义进行了界定，将气体中水蒸气的含量称为湿度 (Humidity)，而将液体和固体中水的含量则称为水分 (Moisture)，但是由于湿度测量诞生于生产实践，不同行业的工艺需求出现了各种各样的湿度表达方式，且都难于以实物方式来体现，它们之间虽然可以相互换算，但换算时还涉及到温度、压力、密度、成分等很多参数，因此要实现湿度量值的完全统一和建立湿度国际标准就显得十分困难，目前理论上比较成熟、溯源性比较好、在国际上能够实现相互比对的湿度物理量只有露点温度和霜点温度（有时统称为露点温度）。

目前常用的湿度表示方式很多，其中化学类湿度量主要有：质量混合比（Mixing rate，g/kg）、 含 湿 量 / 比 湿（Specific Humidity，g/kg）、体积比 / 体积分数（Parts per million，μL/L）等；物理类湿度量主要有：相对湿度（Relative Humidity，%RH）、露点温度（Dewpoint temperature，℃ DP）、 霜点温度（Frostpoint temperature，℃ FP）、绝对湿度（AbsoluteHumidity，kg/m³）、水蒸气分压力（FractionalVapor pressure，Pa）等，其中具有成分含量概念的湿度量（如混合比、体积比、比湿、饱和度等），在测量过程中均与其温度、压力等状态参数无关；物理类湿度量中，露点温度、霜点温度等参数在测量过程中却与温度无关，仅与压力有关；而相对湿度、绝对湿度、水蒸气分压力等参数则与温度、压力均有关。相对湿度是人们最熟知、应用最广泛的湿度量，主要用于室内外环境湿度测量（包括气象探测）。它是指气体中水蒸气的摩尔分数与相同温度、压力条件下饱和水蒸气的摩尔分数之比，用百分数表达，代表了气体接近水饱和的程度，空气达到水饱和就可能凝露、结霜或下雨，在实验室和厂房中相对湿度越高，凝露风险越大。由于相对湿度与温度、压力密切相关，有时尽管空气中的含湿量增加了，但因空气温度上升得更多，其相对湿度反而降低。相对湿度的定义也在不断发展，2010 年5 月在斯洛文尼亚召开的第六届国际湿度大会上，专家组对温度 100 ℃以上的原相对湿度定义提出了修改意见，饱和水蒸汽压以一个大气压为极限显然不合适。